JP2009526183A - Sealed flange joint for high pressure and high purity gas channels - Google Patents
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Abstract
【課題】高圧および、または高純度ガスチャンネルのためのシールされたフランジジョイントを提供すること。
【解決手段】高圧および/または高純度流体チャンネルのためのシールされたフランジジョイントは、第1流体チャンネル(12)および円筒形正面キャビティ(14)を有する第1フランジ(10)を備える。正面キャビティ(14)は、研磨された表面(18)により軸方向の境界が定められ、周辺表面(20)により径方向の境界が定められている。第1流体チャンネル(12)は、第1フランジ(10)を軸方向に貫通し、研磨された表面(18)内に開口している。ポリマーシールリング(30)は、径方向外側表面(32)および径方向内側表面(34)を有し、このシールリングは径方向外側表面(32)が正面キャビティの周辺表面(20)に係合するように、円筒形正面キャビティ(14)内に取り付けられている。第1フランジ(10)には第2フランジ(16)が取り外し自在に固定されており、この第2フランジは第1流体チャンネル(12)と軸方向に連続する第2流体チャンネル(22)を有する。この第2フランジ(16)は、円錐形ヘッド(26)を有する、軸方向に突出する円筒形正面ニップル(24)を有し、第2流体チャンネル(22)は、円錐形ヘッド(26)の端部表面(28)内に軸方向に開口している。円錐形ヘッド(26)は、シールリング(30)の径方向内側表面(34)に係合し、径方向外側表面(32)を有するシールリングを正面キャビティ(14)の周辺表面(20)に径方向に押圧する。
【選択図】図3A sealed flange joint for high pressure and / or high purity gas channels is provided.
A sealed flange joint for high pressure and / or high purity fluid channels comprises a first flange (10) having a first fluid channel (12) and a cylindrical front cavity (14). The front cavity (14) has an axial boundary defined by the polished surface (18) and a radial boundary defined by the peripheral surface (20). The first fluid channel (12) extends axially through the first flange (10) and opens into the polished surface (18). The polymer seal ring (30) has a radially outer surface (32) and a radially inner surface (34) that engages the peripheral surface (20) of the front cavity with the radially outer surface (32). Is mounted in a cylindrical front cavity (14). A second flange (16) is detachably fixed to the first flange (10), and the second flange has a second fluid channel (22) that is axially continuous with the first fluid channel (12). . This second flange (16) has an axially projecting cylindrical front nipple (24) with a conical head (26), and the second fluid channel (22) is of the conical head (26). There is an axial opening in the end surface (28). The conical head (26) engages the radially inner surface (34) of the seal ring (30) and attaches the seal ring having the radially outer surface (32) to the peripheral surface (20) of the front cavity (14). Press in the radial direction.
[Selection] Figure 3
Description
本発明は、一般的には流体チャンネルのための、特に高圧および/または高純度ガスチャンネルのためのシールされたフランジジョイントに関する。 The present invention relates generally to sealed flange joints for fluid channels, particularly for high pressure and / or high purity gas channels.
特殊ガスの使用が増加したことおよび今日の業界の一部で要求される純度のレベルが高くなることによって、最高の品位および無欠性の、次第に複雑かつ高度となる送り出しシステムに対するニーズが生じている。 The increased use of specialty gases and the increased level of purity required in today's industry has created a need for the highest quality and integrity, increasingly complex and sophisticated delivery systems. .
例えば半導体/チップ製造業界では、高品位のガスチャンネルが求められている。その理由は、ガス内の不純物はデバイスの電気特性に悪影響を与えたり、製造の歩留まりを大幅に低下し得るからである。これらガスは、極めて反応性、腐食性および/または毒性も有することが多い。 For example, in the semiconductor / chip manufacturing industry, high quality gas channels are required. The reason for this is that impurities in the gas can adversely affect the electrical characteristics of the device and significantly reduce the manufacturing yield. These gases are often very reactive, corrosive and / or toxic.
従って、超純度ガスを閉じ込め、取り扱い、かつ送り出しをするには、特に適合された設備および高品位機器が必要である。かかるシステムでは、ジョイントおよびシール部材の質は、ガスの漏れまたはシステムへの空気の侵入を防止する上で特に重要である。高品位のシールは、200バールを超える圧力に耐えなければならないので、高品位のシールを得ることはより重要であり、かつ困難である。 Therefore, specially adapted equipment and high quality equipment are required to contain, handle and deliver ultrapure gas. In such systems, the quality of the joints and seal members is particularly important in preventing gas leaks or air ingress into the system. Since high quality seals must withstand pressures above 200 bar, it is more important and difficult to obtain high quality seals.
純度に対するこれらの厳格な条件および高い作動圧に起因し、超高純度システムのためのシールシステムは、注文製造されることが多い。これに関連し、送り出しパイプとガスシリンダのバルブ出口ポートとの間の接合部で、金属製Oリングまたは平坦な金属製ガスケットを使用することが知られている。しかしながら、金属製Oリングが高圧力に耐える場合、これらリングは、これらリングが接触するシール表面に凹部を残し、これによってOリングは取り外しできない接続部と共に使用するには不適合となる。 Due to these stringent requirements for purity and high operating pressure, seal systems for ultra high purity systems are often custom manufactured. In this connection, it is known to use a metal O-ring or a flat metal gasket at the junction between the delivery pipe and the valve outlet port of the gas cylinder. However, if the metal O-rings withstand high pressures, they leave a recess in the sealing surface that they contact, which makes the O-ring unfit for use with non-removable connections.
不幸なことに、高純度用途では取り外し自在な接続部に対する強いニーズが存在する。その理由は、取り外し自在な接続部では機器の交換および破損または欠陥のある部品の置換が可能となるからである。 Unfortunately, there is a strong need for removable connections for high purity applications. The reason is that the detachable connection allows the replacement of equipment and the replacement of damaged or defective parts.
従って、高純度、高圧ガスチャンネルに適合し、取り外し自在な接続部に適したシール技術が求められている。 Accordingly, there is a need for a sealing technique that is compatible with high purity, high pressure gas channels and suitable for detachable connections.
これら条件を満たすために、本発明は、請求項1に記載された、改良されたシールされたフランジジョイントを提案するものである。 In order to satisfy these conditions, the present invention proposes an improved sealed flange joint as claimed in claim 1.
本発明における流体チャンネルのためのシールされたフランジジョイントは、第1流体チャンネルおよび円筒形正面キャビティを有する第1フランジを備える。正面キャビティは、研磨された表面により軸方向の境界が定められ、周辺表面により径方向の境界が定められている。第1流体チャンネルは、第1フランジを軸方向に貫通し、研磨された正面キャビティの表面内に開口している。ポリマーシールリングは、径方向外側表面および径方向内側表面を有し、このシールリングは径方向外側表面が正面キャビティの周辺表面に係合するように、円筒形正面キャビティ内に取り付けられている。このフランジジョイントは更に第2フランジを備え、第1フランジと第2フランジは互いに取り外し自在に固定されている。第2流体チャンネルは、この第1流体チャンネルと軸方向に連続してこの第2フランジに貫通している。この第2フランジは、第1流体チャンネルと軸方向に連続する第2流体チャンネルを有する。この第2フランジは、円錐形ヘッドを有する、軸方向に突出する円筒形正面ニップルを有し、第2流体チャンネルは、円錐形ヘッドの端部表面内に軸方向に開口している。円錐形ヘッドは、ポリマーシールリングの径方向内側表面に係合し、径方向外側表面を有するシールリングを正面キャビティの周辺表面に径方向に押圧することに注目すべきである。 The sealed flange joint for a fluid channel in the present invention comprises a first flange having a first fluid channel and a cylindrical front cavity. The front cavity has an axial boundary defined by the polished surface and a radial boundary defined by the peripheral surface. The first fluid channel extends axially through the first flange and opens into the surface of the polished front cavity. The polymer seal ring has a radially outer surface and a radially inner surface that is mounted within the cylindrical front cavity such that the radially outer surface engages the peripheral surface of the front cavity. The flange joint further includes a second flange, and the first flange and the second flange are detachably fixed to each other. The second fluid channel passes through the second flange continuously in the axial direction with the first fluid channel. The second flange has a second fluid channel that is axially continuous with the first fluid channel. The second flange has an axially projecting cylindrical front nipple with a conical head, and the second fluid channel opens axially into the end surface of the conical head. It should be noted that the conical head engages the radially inner surface of the polymer seal ring and radially presses the seal ring having the radially outer surface against the peripheral surface of the front cavity.
従って本発明は、ポリマーシールリングの内側を押圧するニップルがポリマーシールリングを強力に径方向に圧縮するようなジョイント構造を提案するものである。このことは、双方のフランジを組み立て、一体に固定したときの、ニップルとポリマーシールリングの構造に起因するものである。円錐形ヘッドを有するニップルは軸方向の圧力をポリマーシールリングの径方向の圧縮に変換する。従って、このシールリングは径方向に圧縮され、実際にニップルと正面キャビティの表面との間に閉じ込められ、これによって、高純度ガス用途におけるケースで多いように、高い作動圧力に適合した高品位シールを提供できる。 Therefore, the present invention proposes a joint structure in which the nipple that presses the inside of the polymer seal ring strongly compresses the polymer seal ring in the radial direction. This is due to the structure of the nipple and the polymer seal ring when both flanges are assembled and fixed together. A nipple with a conical head converts axial pressure into radial compression of the polymer seal ring. Therefore, this seal ring is radially compressed and actually confined between the nipple and the front cavity surface, which results in a high quality seal adapted to high operating pressures, as is often the case in high purity gas applications. Can provide.
改良されたシール機能の他に、本ジョイントは多くの点で有利であることが分かっている。まず第1に、ポリマーシールリングは、このリングと接触している表面を傷つけず、よって金属製の平坦なガスケットまたはOリングよりもジョイントを再接続したり取り外したりするのに、より適す。第2に、フランジジョイントを使用していることにより、ジョイントの軸方向の組み立てが可能となっている。例えばネジにより、2つのフランジを一体に締結できるので、組み立て中にねじり力は生じない。このことは、望ましくない金属粒子を発生し得るシール領域での摩擦の問題も解決している。 In addition to the improved sealing function, the joint has proven advantageous in many ways. First of all, the polymer seal ring does not damage the surface in contact with the ring and is therefore more suitable for reconnecting and removing joints than a metal flat gasket or O-ring. Secondly, the use of a flange joint enables assembly of the joint in the axial direction. For example, two screws can be fastened together by screws, so that no torsional force is generated during assembly. This also solves the problem of friction in the seal area which can generate undesirable metal particles.
更に、本構造により組み立て中にポリマーシールリングの変形を開始すること(または強制すること)が可能となり、ポリマーシールリングを正面キャビティ内の所定位置に置くことが可能となる。このことは、径方向の力を加え、よって(軸方向の)組み立て力を低減するニップルの円錐形ヘッドによって主に達成される。 Furthermore, the structure allows the polymer seal ring to begin to deform (or force) during assembly and allows the polymer seal ring to be placed in place within the front cavity. This is mainly achieved by the conical head of the nipple which applies a radial force and thus reduces the (axial) assembly force.
また、ニップルは、(少なくともその円錐形ヘッドが)シールリングの径方向内側表面に載るので、シールリングを流体チャンネルから隔離し、よってシールリングが流体に直接接触しないように、シールリングを保護できる。シールリングの保護構造の影響は、特に断熱チョック評価中の改善された挙動によって観察される。 Also, the nipple (at least its conical head) rests on the radially inner surface of the seal ring, thus isolating the seal ring from the fluid channel and thus protecting the seal ring from contacting the fluid directly. . The influence of the protective structure of the seal ring is observed especially by the improved behavior during thermal insulation chock evaluation.
高い品質のシール機能が必要とされる種々のタイプの機器の間の接続を行うのに、本発明に係わるシールされたフランジジョイントを有利に使用できる。このフランジジョイントには、種々のビジネス領域、例えば航空宇宙、機械エンジニアリング、固定液圧技術、化学業界、プロセスエンジニアリング、半導体/チップ製造、医療エンジニアリングに用途がある。本発明のジョイントは、必ずしも2つの異なるフランジを含む必要はなく、機器の所定の部分に1つのフランジを一体化してもよい(この場合、嵌合フランジに相当する)。 The sealed flange joint according to the present invention can be advantageously used to make connections between various types of equipment where a high quality sealing function is required. This flange joint has applications in various business areas such as aerospace, mechanical engineering, fixed hydraulic technology, chemical industry, process engineering, semiconductor / chip manufacturing, medical engineering. The joint of the present invention does not necessarily include two different flanges, and one flange may be integrated with a predetermined part of the device (in this case, corresponding to a fitting flange).
正面キャビティの周辺表面は、ポリマーシールリングの径方向外側表面に係合する中心バルジ部を有することが好ましい。このように周辺表面が凸状形状となっている結果、シールリングの中心での圧縮力がより高くなり(圧力がより高くなり)、よってシール機能を強化できる。更に、このバルジ部はジョイントを外す間、正面キャビティ内にポリマーシールリングを係止できる。 The peripheral surface of the front cavity preferably has a central bulge that engages the radially outer surface of the polymer seal ring. As a result of the convex shape of the peripheral surface in this way, the compressive force at the center of the seal ring becomes higher (pressure becomes higher), and thus the sealing function can be strengthened. Further, the bulge can lock the polymer seal ring in the front cavity while the joint is removed.
2つのフランジを組み立てる際に、第1フランジとニップルとは、円筒形正面キャビティ内のシールリングチャンバの境界を定める。圧縮された状態のシールリングは、シールリングチャンバと実質的に同じ横断面の形状を有することが好ましい。従って、圧縮されていない状態では、前記シールリングの横断面は、前記シールリングチャンバの横断面よりも1.03〜1.10倍、好ましくは1.03〜1.07倍となる。 In assembling the two flanges, the first flange and nipple delimit the seal ring chamber within the cylindrical front cavity. The compressed seal ring preferably has substantially the same cross-sectional shape as the seal ring chamber. Therefore, in the uncompressed state, the cross section of the seal ring is 1.03 to 1.10 times, preferably 1.03 to 1.07 times, the cross section of the seal ring chamber.
第1フランジは、円筒形正面キャビティを囲む第1軸方向当接表面を備え、他方、第2フランジは、ニップルを囲む第2軸方向当接表面を備えることが好ましい。フランジを組み立てる際に、第1当接表面と第2当接表面とを互いに軸方向に押圧する。これら当接表面の接触は、相互に接近するフランジの軸方向変位を制限し、よってポリマーシールリングのクラッシュを防止する。更に、シール領域(シールリング、ニップル、シールリングチャンバ)を軸方向のチョックからも保護する。 The first flange preferably comprises a first axial abutment surface surrounding the cylindrical front cavity, while the second flange comprises a second axial abutment surface surrounding the nipple. When assembling the flange, the first contact surface and the second contact surface are pressed against each other in the axial direction. These abutment surface contacts limit axial displacement of the flanges that are close to each other, thus preventing the polymer seal ring from crashing. It also protects the sealing area (seal ring, nipple, seal ring chamber) from axial chocks.
一実施例では、第1フランジは更に、第1軸方向当接表面内に設けられたリング状溝を備え、リング状溝は、円筒形正面キャビティを囲むと共に、内側径方向表面および外側径方向表面により径方向の境界が定められている。リング状溝には、第2シールリングが配置され、この第2シールリングは外側径方向表面に係合し、内側径方向表面から径方向に離間し、リング状溝内の内側リング表面の外側を径方向に密封する。漏れをチェックするため、接続チャンネルは、リングチャンネルを第1フランジ内の漏れテストポートに接続している。 In one embodiment, the first flange further comprises a ring-shaped groove provided in the first axial abutment surface, the ring-shaped groove surrounding the cylindrical front cavity and having an inner radial surface and an outer radial direction. A radial boundary is defined by the surface. A second seal ring is disposed in the ring-shaped groove, the second seal ring engages the outer radial surface, is radially spaced from the inner radial surface, and is outside the inner ring surface in the ring-shaped groove. Is sealed in the radial direction. To check for leaks, the connection channel connects the ring channel to a leak test port in the first flange.
この第2シールリング、すなわちエラストマーOリングは、当接表面の間のジョイントにおける内側リングチャンネルをシールし、このシールは、空気の侵入を防止すると共に、主要シールリングのシールの質を管理できる。更に、湿分およびその他の不純物が、主要なポリマーシールリングの近くに達することも防止できる。 This second seal ring, the elastomeric O-ring, seals the inner ring channel at the joint between the abutting surfaces, which prevents air ingress and manages the seal quality of the main seal ring. Furthermore, moisture and other impurities can be prevented from reaching close to the main polymer seal ring.
フランジジョイントの組み立てを容易にするために、第1フランジは、第1軸方向当接表面を形成する軸方向に突出する位置決めヘッドを備えることができ、第2フランジは、第2軸方向当接表面を形成する位置決めキャビティを備えることができ、位置決めキャビティは、軸方向に突出する位置決めヘッドを受け、これを径方向に位置決めするようになっている。この構造は、2つのフランジの位置決めを助けるだけでなく、ヘッド/キャビティ構造の位置決めは、ジョイントにおける径方向の力に耐えることのできるようにしている。 To facilitate assembly of the flange joint, the first flange can include an axially projecting positioning head that forms a first axial abutment surface, and the second flange is a second axial abutment. A positioning cavity may be provided that forms a surface, the positioning cavity receiving an axially projecting positioning head and positioning it radially. This structure not only helps the positioning of the two flanges, but the positioning of the head / cavity structure allows it to withstand radial forces at the joint.
位置決めキャビティの別の利点は、第1フランジが第2フランジに組み立てられていないときに、ニップルを保護できることである。従って、このニップルは、位置決めキャビティの深さ以下のまたは等しい高さを有する。所望する場合、キャビティ、従ってニップルを取り外し自在なカバーによってカバーしてもよい。 Another advantage of the positioning cavity is that the nipple can be protected when the first flange is not assembled to the second flange. Thus, the nipple has a height that is less than or equal to the depth of the positioning cavity. If desired, the cavity, and thus the nipple, may be covered by a removable cover.
一部の実施例では、ニップルの高さは、第1当接表面と第2当接表面を互いに軸方向に押圧したときに、小さいギャップがニップルの円錐形ヘッドの端部表面を正面キャビティの研磨された表面から分離するように定めることができる。かかる場合、ポリマーシールリングは、圧縮状態においてこの小さいギャップに進入し、これを満たすようにポリマーシールリングを設計することが好ましい。このようにすることにより、粒子、凝縮物またはガス/流体が堆積することのある流体チャンネルの周辺におけるデッド容積の形成を防止できる。 In some embodiments, the nipple height is such that when the first abutment surface and the second abutment surface are axially pressed together, a small gap causes the end surface of the conical head of the nipple to pass through the front cavity. It can be defined to separate from the polished surface. In such a case, it is preferred that the polymer seal ring is designed to enter and fill this small gap in the compressed state. In this way, the formation of dead volume around the fluid channel where particles, condensate or gas / fluid may be deposited can be prevented.
より詳細には、主要ポリマーシールリングに関して、ガスに対する透過率が低く、負荷(即ち高圧)下でのクリーピングが小さい熱可塑性ポリマーから、このポリマーシールリングを製造することが好ましい。当然ながら、シール表面の破損を防止するよう、選択されるポリマーには硬質粒子(例えばガラス等)を充填してはならない。これら基準を満たす好ましいポリマーは、−60℃〜100℃のレンジ内の作動温度に対して使用できる、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)であり、主要シールリングに使用できる他の材料としてポリイミドまたはPFAがある。 More particularly, with respect to the main polymer seal ring, it is preferred to produce the polymer seal ring from a thermoplastic polymer that has low gas permeability and low creep under load (ie, high pressure). Of course, the selected polymer should not be filled with hard particles (eg, glass, etc.) to prevent damage to the seal surface. A preferred polymer that meets these criteria is polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), which can be used for operating temperatures in the range of −60 ° C. to 100 ° C., and polyimide or PFA as other materials that can be used for the primary seal ring There is.
組み立て時および整合時のミスを防止するために、本フランジジョイントは当技術分野で知られているようなピン割り出しシステムを含むことができる。 To prevent errors during assembly and alignment, the flange joint can include a pin indexing system as is known in the art.
本発明の別の特徴によれば、上記のようなシールされたフランジジョイント用シールリングは、径方向内側表面および径方向外側表面を有し、径方向外側表面は、中空中心円筒形表面を備え、径方向内側表面は、中心切頭円錐形表面を備える。 According to another feature of the invention, a sealed flange joint seal ring as described above has a radially inner surface and a radially outer surface, the radially outer surface comprising a hollow central cylindrical surface. The radially inner surface comprises a central frustoconical surface.
好ましい実施例では、径方向内側表面は更に、中心切頭円錐形表面の直径が最大となっている端部までの第1円筒形表面と、中心切頭円錐形表面の直径が最小となっている端部までの第2円筒形表面とを備えている。好ましくは、圧縮されていない状態では第1円筒形表面の領域内の前記シールリングの幅は、第2円筒形表面の領域内の前記シールリングの幅の約1.4〜2.2倍となっている。 In a preferred embodiment, the radially inner surface further includes a first cylindrical surface up to the end where the diameter of the central frustoconical surface is maximum and the diameter of the central frustoconical surface is minimum. And a second cylindrical surface up to the end. Preferably, in the uncompressed state, the width of the seal ring in the region of the first cylindrical surface is about 1.4 to 2.2 times the width of the seal ring in the region of the second cylindrical surface. It has become.
シールリングは、平坦な環状の上部および下部表面を有することができる。面取りされたコーナーが平坦な環状の上部および下部表面を中空中心円筒形表面に接合できる。 The seal ring can have flat annular upper and lower surfaces. Annular upper and lower surfaces with flat chamfered corners can be joined to a hollow central cylindrical surface.
以下、添付図面を参照し、例により本発明について説明する。 The present invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings.
図には、本発明に係わるシールされたフランジジョイントの好ましい一実施例が示されている。このシールされたフランジジョイントは、後に明らかとなるように、シールされた状態で一対のフランジの組立体を必要とする。かかるフランジジョイント構造は、例えばガスシリンダのバルブポートと送り出しパイプの間の、流体内、特にガス、チャンネルの種々のシールされた接続部および流体内/ガス閉じ込め、取り扱いまたは計量小出しシステムのために使用できる。このタイプのフランジジョイントは、超純度で、極めて腐食性があり、高圧のガスを使用する用途に特に適す。 The figure shows a preferred embodiment of a sealed flange joint according to the present invention. This sealed flange joint requires a pair of flange assemblies in a sealed state, as will become apparent later. Such flange joint structures are used for example in the fluid, especially gas, various sealed connections of channels and in-fluid / gas confinement, handling or metering dispensing systems between the valve port of the gas cylinder and the delivery pipe it can. This type of flange joint is ultra-pure, extremely corrosive and is particularly suitable for applications using high pressure gases.
次に図3を参照すると、ここには第1ガスチャンネル12と、円筒形正面キャビティ14を有する第1フランジ10が示されている。この第1フランジ10は、例えば送り出しパイプ15の端部に設けることができる。参照符号16は、一般に第2フランジを示し、2つのフランジ10と16は、後に更に説明するように、互いに取り外し自在に固定されている。かかる第2のフランジ構造は、例えばガスシリンダバルブの計量小出しポートに設けることができる。理解できるように、この第2フランジ16は、バルブポートに組み込まれており、別個のフランジとして作成されていないので、嵌合フランジとして見ることもできる。
Referring now to FIG. 3, there is shown a
第1フランジ10の前方キャビティ14は、軸方向の境界が研磨された表面18によって定められており、径方向の境界が周辺表面20によって定められている。第1ガスチャンネル12は、第1フランジ10を軸方向に貫通し、正面キャビティ14の研磨された表面18内に開口している。
The
第2フランジ16は、第1ガスチャンネル12の軸方向に連続する第2フランジ16を貫通する第2ガスチャンネル22を有する。第2フランジ16は、円錐形ヘッド26を有する軸方向に突出する円筒形正面ニップル24を更に備える。第2ガスチャンネル22は、この円錐形ヘッド26の先端にて、端部表面28内に軸方向に開口している(図5)。
The
円筒形正面キャビティ14には、径方向外側表面32および径方向内側表面34を有するポリマーシール30が嵌合されており、よって径方向外側表面32が正面キャビティ14の周辺表面20に係合していることに留意すべきである。更に、第2フランジ16の円錐形ヘッド26は、ポリマーシールリング30の径方向内側表面34に係合し、シールリング30を径方向外側表面32と共に正面キャビティ14の周辺表面20に径方向に押圧している。
The cylindrical
図から理解できるように、フランジ10と16との組み立ては、これらフランジを1つになるように軸方向(軸33)に押圧することによって行われる。これらフランジは、これらフランジを互いに接触状態に維持するネジ35により一体となるように締結することが好ましい。本実施例では、第1フランジ(図1)の露出面から4つのネジ35が挿入されており、これらネジのネジ切りされた部分は、第2フランジ16内の対応するネジ切りされたボアに係合している(図4参照)。
As can be understood from the drawing, the assembly of the
フランジ10と16とを組み立てる際に、正面キャビティ14内にニップル24を位置決めする。円錐形ヘッド26を有するニップル24は、軸方向の圧力をシールリング30の径方向圧縮力に変換する。こうして、ニップル24と正面キャビティ14の周辺表面20との間にシールリング30が径方向に圧縮され、閉じ込められ、これによって高作動流体またはガス圧力に適合した高品位のシールが提供される。
As the
図5および6から良好に分かるように、正面キャビティ14の周辺表面20は、ポリマーシールシング30の径方向外側表面32に係合する中心バルジ部36を有することが好ましい。周辺表面20のこのような凸状形状の結果、シールリング30の中心での圧縮力(圧力)がより高くなり、よってジョイントのシール性を高めることができる。バルジ部36は、フランジ10と16とが互いに分離しているときに、シールリング30を正面キャビティ14内に保持することもできる。
As can be seen from FIGS. 5 and 6, the
本実施例では、第1フランジ10は円筒形正面キャビティ14を囲む第1軸方向当接表面38を備え、第2フランジ16はニップル24を囲む第2軸方向当接表面40を備えることが好ましい。これら当接表面38と40は、フランジ10と16が組み立てられるときに当接し、フランジを締結する結果生じる軸方向の圧力に耐えるようになっている。実際にこれら当接表面38および40は、組み立て中のシールリング30の過剰な圧縮を防止し、より一般的にはシール機能を軸方向のチョックから保護している。シール機能およびジョイントの更なる保護として、ネジ35はジョイントに加えられるねじり力に耐え、これを防止する。
In this embodiment, the
種々の図から観察できるように第1フランジ10およびニップル24は、円筒形正面キャビティ14内のシールリングのチャンバ42(図6にしか示されていない)の境界を定めている。ポリマーシールリング30の圧縮状態も意味する組み立てられた状態(すなわち当接表面が互いに接触する状態)では、ポリマーシールリングは、好ましくはこのシールリング30によって完全に満たされているシールリングチャンバ42(図6)と(図6に示されるように)実質的に同じ横断面を有する。
As can be seen from the various figures, the
これに関連し、第1当接表面と第2当接表面とが互いに軸方向に押圧されているとき、ニップルの円錐形ヘッド24の端部表面28と正面キャビティ14の研磨された表面18との間には、小さいギャップgが残っていることも更に理解できよう。本実施例では、シールリング30は、この小さいギャップg内に径方向に進入し、このギャップを満たす。シールリングチャンバ42およびニップル先端28と研磨された表面18との間の小さいギャップgさえも、シールリング30によって満たされているので、ガス/流体、凝縮物または粒子が累積し得るようなデッド容積部はこの領域には生じない。
In this regard, the
図6では、チャンバ42およびギャップgを完全に満たすようなポリマーシールリング30のこのような特殊な構造を良好に観察できる。これと対照的に、組立体が完全でない(当接表面が接触していない)図5では、シールリング30はニップル先端28と研磨された表面18とを分離するギャップgを満たしていないことを観察できる。
In FIG. 6, such a special structure of the
本実施例は、2つのフランジ10と16との間の境界部において、ガス/流体チャンネル12および22を囲む特殊な有効なシール機能を提供している。図6から明らかに分かるように、ニップル24と正面キャビティ14の壁(18、20)との間のシールリングチャンバ内には、シールリング30が閉じ込められている。当接表面38と40との間の密な接触は、シールリングチャンバ42を閉じ、よってこの接合部における(またはこの接合部を通した)シールリングのクリーピングを防止している。シールリングチャンバ42内の開口部だけが、極めて狭いギャップgとなっているので、シールリング30の極めて小さい部分だけがチャンネル内のガス圧力に直接露出する。この構造に起因し、特にシールリングチャンバ42が当接表面38および40によって閉じられる場合、ガスチャンネル12および22内を流入した高圧ガスによってシールリング30が動かされることはない。
This embodiment provides a special effective sealing function that surrounds the gas /
しかしながら、上記構造に関連し、組み立て状態において、シールリング30がガスチャンネル12、22内で突出することなく、チャンバ42を満たすだけでなくギャップgも満たすように、シールリング30を設計することが好ましいことが理解できよう。図6から分かるように、ギャップg内のシールリング30は、第1フランジ10内のチャンネル12の表面と面一となる。
However, in connection with the above structure, in the assembled state, it is possible to design the
要約すれば、円錐形ヘッド26を有するニップル24を特徴とする、提案された構造によれば、フランジ10と16とを組み立てたときに、シールリング30の径方向の圧縮を引き起こす。これによって、シールリング30の牽引力が主に径方向であるため、軸方向の集合作用力が減少し、シールリングをシールリングチャンバ42に押し込むことになるような径方向のシールリングの変形を開始できる。(図6に示されるような)最終的な組み立て構造では、シールリング30はシールリングチャンバ42内に閉じ込められ、基本的には(ギャップgを除く)全周にわたってシールリングチャンバ内に圧縮される。
In summary, the proposed structure featuring a
本実施例では、第1フランジ10は第1軸方向当接表面38内にリング状の溝44を備える。このリング状軸方向溝44は、円筒形正面キャビティ14を囲み内側径方向表面46および外側径方向表面48によって径方向の境界が定められている。リング状溝内には、エラストマー材料から製造することが好ましい第2シールリング50が配置されている。この第2シールリング50は外側径方向表面48に係合し、内側径方向表面46から径方向に離間し、前記リング状溝44内の内側リングチャンネル52の外側に向けて密封する。接続チャンネル54によりリングチャンネル52は第1フランジ10内の漏れテストポート56に接続している。この漏れテストポートはプラグ58によって閉じることができる。
In the present embodiment, the
第2シールリング50は、当接表面の間のジョイントで内側リングチャンネル52をシールし、これによって空気の進入を防止すると共に、接続チャンネル54およびポート56を介して主要シールリング30のシールの質を管理できるようになっている。更にこのことは、湿分(および不純物)が主要シールリング30の近くに達することも防止している。
The
大気圧および湿分に対するシールも保証するように、プラグ58はポート56内の対応するネジ部に螺合されるネジ(例えばM4ネジ)であることが好ましい。参照符号59は、ネジ58のヘッドの下方に配置されたシールリング、例えばPTFEシールリングを示す。
To ensure a seal against atmospheric pressure and moisture, the
2つのフランジ10と16との組み立ては、本実施例の設計により容易とされる。図3では、第1フランジ10は、第1軸方向の当接表面38を形成する軸方向に突出する位置決めヘッドを含むことが認識できよう。第2フランジ16は、次に第2軸方向当接表面40を形成する位置決めキャビティを備え、よってこの位置決めキャビティは軸方向に突出する位置決めヘッドを受け、これを径方向に位置決めするようになっている。このような構造によって、主要シール機能の異なる要素を正しく位置決めすることが保証される。更に、ヘッドおよびキャビティの軸方向に延びる嵌合表面57および57’は、それぞれ径方向のチョックに耐え、よってシール機能を保護している。
The assembly of the two
ニップル24は位置決めキャビティの深さ以下の高さを有することが好ましい。よってニップルは、第1フランジ10が第2フランジに接続されていないときに、周辺キャビティによって保護される。更に、キャビティの内部をカバー(図示せず)によって保護できる。
The
当技術分野では、従来行われているように、本ジョイントはピン割り出しシステムを含むことができる。このことは、図2に示されており、図2では参照符号60は第1割り出しピンを示し、参照符号60’は第2割り出しピンを示すが、コード化機能を奏するには1つのピンだけで十分である。第1フランジ10にはピン60が固定され(ねじ込まれ)、このピンは第2フランジ16内の対応する孔61内に係合している。(軸方向に延びる)割り出しピンは、コード化目的のために働くだけでなく、ジョイントでの回転力にも耐える。
As is conventionally done in the art, the joint can include a pin indexing system. This is illustrated in FIG. 2, in which
本実施例では、ポリマーシールリング30は、非圧縮状態では、シールリングチャンバ42の形状に適合した特定の形状となっている。一般に、使用前(圧縮前)のシールリング30の(図5および6に示されるような)横断面は、圧縮状態における横断面よりも3〜10%大きくなり得る。
In this embodiment, the
図5から分かるように、径方向外側表面32は、中心の中空円筒形表面62を含む。この径方向内側表面34は、中心の切頭円錐形表面64と、この中心切頭円錐形表面64の直径が最大となっている端部までの第1円筒形表面66と、中心切頭円錐形表面の直径部が最小となっている端部までの第2円筒形表面68とを備える。非圧縮状態では、第1円筒形表面66の領域内のシールリング30の幅は、第2円筒形表面68の領域内のシールリング30の幅の約1.4〜2.2倍となっている。第1円筒形表面66の設計にあたって、より重要なことは、圧縮状態ではこの第1円筒形表面が既に前で述べたように、好ましくはガスチャンネル内に突出すべきでないことである。
As can be seen from FIG. 5, the radially outer surface 32 includes a central hollow cylindrical surface 62. The radially inner surface 34 includes a central
更に、軸方向33から見ると、シールリング30は、平坦な環状の上部表面70および平坦な環状の下部表面72を有する。面取りされたコーナー74、74’は、環状の上部表面70および下部表面72を中心の中空円筒形表面64に接合している。
Further, when viewed from the
シールリング30の表面およびシールリングチャンバ42のこれらすべての構造上の特徴は、形状の一致の改善に寄与しており、この形状の一致は、ポリマーシールリング30により、チャンバ42を完全に密に充填することを可能にしており、ポリマーシールリング30は、圧縮(容積の低減)に起因するチャンバ42の壁(ギャップgを除く)により、周辺において一定圧力に維持されている。
The surface of the
要約すれば、本シールされたフランジジョイントでは、シールリング30は実際には、シールリングチャンバ42への閉じ込めにより(ギャップgを除く)、基本的にはその全周にわたって圧縮される。フランジ10、16の組み立て中、シールリング30は、まず径方向に押され、ニップル24の円錐形ヘッド26により圧縮される。組み立て時にシールリングはシールリングチャンバ42(その横断面は圧縮されていないシールリング30の横断面よりも小さい)内に囲まれ、よってシールリングチャンバの壁はシールリングのほぼ全周に圧力を加える。この結果、シールリングには周辺圧力が加わり、高品位のシールを提供できる。更に、ニップル24とバルジ部36との間のシールリング30の径方向の圧縮が大きくなることによっても、シールの質が高められる。ニップル円錐形ヘッド26を通る径方向圧縮力が発生することは、軸方向の必要な組み立て力を小さくできる。
In summary, in this sealed flange joint, the
換言すれば、本設計は、組み立て力を低減すると共に、シールリング30を所定位置に移動し、シールリングをシールリングチャンバ42内に閉じ込め、シールリングチャンバ42に一致させるようにシールリングを押圧する形状を提供でき、このシールリングチャンバ内では、シールリング30はギャップg(その形状については既に説明したとおりである)を除き、周辺部が圧縮される。従って、シールリング30のほぼ全周の表面がシールに関与する。このような構造は、例えば2つの対向する周辺部分で(一般に組み立て軸方向に)Oリングが圧縮される従来のシール構造とは全く異なっている。
In other words, this design reduces assembly force and moves the
本実施例では、特に高い圧力ではポリマー材料は、ガスに対する透過率が低く、クリーピングが小さくなっていなければならないことにも、依然として注目すべきである。かかる材料は、一般にエラストマーではなく、弾性度が小さい、より剛性なポリマーであるので、シールリングは組み立て中、一般に塑性変形を受ける。 It should also be noted in this example that the polymer material must have low gas permeability and low creep, especially at high pressures. Since such materials are generally not elastomers, but less rigid, more rigid polymers, seal rings generally undergo plastic deformation during assembly.
ポリマーシールリング30に適したかかる材料は、例えばポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)である。この材料はガスに対する透過率が小さく、負荷を受けたときのクリーピングが小さい。この材料は、60℃〜100℃の間のバルブの作動も可能にする。
A suitable material for the
しかしながら、例えばより低い圧力で、特に液体を用いるような、あまり厳密でないシール条件の用途では、1つのエラストマーリングを使用してもよい。 However, one elastomer ring may be used in applications with less stringent sealing conditions, for example at lower pressures, especially with liquids.
二次的シール機能に関して、Oリング50をエラストマーポリマー、例えばNBR(ニトリルブタジエンゴム)またはViton(登録商標)(デュポン社のフルオロエラストマー)から製造できる。
With regard to the secondary sealing function, the O-
既に述べたように、種々のガス/流体装置の間の取り外し自在なシールされた接続部を提供するのに、本ジョイント構造を適用できる。特色のある用途は、これまでガスライン等への接続のための特殊なカップリングを有するバルブを含んでいた高純度ガスシリンダの分野にある。バルブ本体のバルクに組み込まれたかかるバルクのカップリングは、極めて脆弱であり、機械的ショックによって破損されることが多い。これによってガスシリンダではバルブ全体を交換しなければならないので、このことは高純度用途に起因し、ガスシリンダのメンテナンスおよびクリーニング作業がかなり負担となることを意味する。 As already mentioned, the joint structure can be applied to provide a removable sealed connection between various gas / fluid devices. A distinctive application is in the field of high purity gas cylinders, which so far have included valves with special couplings for connection to gas lines and the like. Such bulk couplings incorporated into the bulk of the valve body are extremely fragile and are often damaged by mechanical shock. This means that the entire valve has to be replaced in the gas cylinder, which means that due to high purity applications, the maintenance and cleaning work of the gas cylinder is a significant burden.
本フランジジョイントはカップリングが破損した場合のメンテナンスおよびクリーニングのかかる問題を解消するシーリングの解決案を提供するものである。例えばガスシリンダーバルブのバルブ開口部は、第2フランジ16として設計でき、次にスリーブ部材の一端に第1フランジ10の構造を設け、他方、他端は特定のカップリング構造となるように設計できる。このスリーブ部材は、その第1フランジ端部が第2フランジ構造を有するバルブ構造に位置するように取り付けられ、よってガスシリンダバルブには所望する特定のカップリングを設ける。この特定のカップリングが破損した場合、スリーブ部材を新しいスリーブ部材に置き換えるだけでよい。この置き換えは、本ジョイント構造により容易かつ効果的に行うことができる。もはやガスシリンダバルブ全体を置き換えなくてもよいので、面倒なメンテナンスおよびクリーニング作業は不要となる。
This flange joint provides a sealing solution that eliminates maintenance and cleaning problems when the coupling is damaged. For example, the valve opening of the gas cylinder valve can be designed as the
本フランジ構造の頑丈さにより、シールの質と妥協することなく、少なくとも50回再接続したり、外したりすることが可能となると理解できよう(当然ながら、このシールリングは再接続前に置き換えてもよい)。 It will be appreciated that the robustness of the flange structure allows it to be reconnected and removed at least 50 times without compromising the quality of the seal (of course, this seal ring must be replaced before reconnection). May be good).
10 第1フランジ
12 第1流体チャンネル
14 円筒形正面キャビティ
15 送り出しパイプ
16 第2フランジ
18 研磨された表面
20 周辺表面
22 第2流体チャンネル
24 円筒形正面ニップル
26 円錐形ヘッド
28 端部表面
30 ポリマーシールリング
32 径方向外側表面
34 径方向内側表面
35 ネジ
38 第1軸方向当接表面
40 第2軸方向当接表面
42 シーリングチャンバ
44 リング溝
DESCRIPTION OF
Claims (17)
径方向外側表面(32)および径方向内側表面(34)を有し、前記径方向外側表面(32)が前記正面キャビティの前記周辺表面(20)に係合するように、前記円筒形正面キャビティ(14)に嵌合されたポリマーシールリング(30)と、
前記第1流体チャンネル(12)に軸方向に連続するように前記第2フランジ(16)を貫通する第2流体チャンネル(22)および円錐形ヘッド(26)の付いた軸方向に突出する円筒形正面ニップル(24)を有する第2フランジ(16)を備え、前記第2流体チャンネル(22)は、前記円錐形ヘッド(26)の端部表面(28)内に軸方向に開口し、前記第1フランジ(10)と前記第2フランジ(16)とは互いに取り外し自在に固定されており、
前記円錐形ヘッド(26)は、前記ポリマーシールリング(30)の前記径方向内側表面(34)に係合し、前記シールリングの径方向外側表面(32)が前記正面キャビティ(14)の前記周辺表面(20)に接触するように、前記シールリングを径方向に押圧するようになっている、流体チャンネルのためのシールされたフランジジョイント。 A first flange (10) having a first fluid channel (12) and a cylindrical front cavity (14), the front cavity (14) being axially bounded by a polished surface (18). And a radial boundary is defined by a peripheral surface (20), the first fluid channel (12) passes axially through the first flange (10) and the polishing of the front cavity (14) Open in the surface (18) formed,
The cylindrical front cavity has a radially outer surface (32) and a radially inner surface (34) such that the radially outer surface (32) engages the peripheral surface (20) of the front cavity. A polymer seal ring (30) fitted to (14);
An axially projecting cylindrical shape with a second fluid channel (22) passing through the second flange (16) and a conical head (26) so as to be axially continuous with the first fluid channel (12). A second flange (16) having a front nipple (24), the second fluid channel (22) opening axially into an end surface (28) of the conical head (26), The first flange (10) and the second flange (16) are detachably fixed to each other,
The conical head (26) engages the radially inner surface (34) of the polymer seal ring (30), the radially outer surface (32) of the seal ring being the said of the front cavity (14). A sealed flange joint for a fluid channel adapted to radially press the seal ring into contact with the peripheral surface (20).
前記第2フランジ(16)は、前記ニップル(24)を囲む第2軸方向当接表面(40)を備え、
前記第1当接表面(38)と前記第2当接表面(40)とは、互いに軸方向に押圧されている、請求項1〜4のうちのいずれか1項に記載のシールされたフランジジョイント。 The first flange (10) comprises a first axial abutment surface (38) surrounding the cylindrical front cavity (14),
The second flange (16) comprises a second axial abutment surface (40) surrounding the nipple (24),
A sealed flange according to any one of the preceding claims, wherein the first abutment surface (38) and the second abutment surface (40) are pressed axially with respect to each other. Joint.
前記第1軸方向当接表面(38)内に設けられたリング状溝(44)を備え、前記リング状溝(44)は、前記円筒形正面キャビティ(14)を囲むと共に、内側径方向表面(46)および外側径方向表面(48)により径方向の境界が定められており、
前記リング状溝(44)内に設けられた第2シールリング(50)を更に備え、この第2シールリング(50)は、前記外側径方向表面(48)に係合すると共に、前記内側径方向表面(46)から径方向に離間し、前記リング状溝(44)内の内側リングチャンネル(52)を外側まで径方向にシールするようになっており、
前記内側リングチャンネル(52)を前記第1フランジ(10)内の漏れテストポート(56)に接続する接続チャンネル(54)を更に備える、請求項4〜7のうちのいずれか1項に記載のシールされたフランジジョイント。 The first flange (10) further includes
A ring-shaped groove (44) provided in the first axial contact surface (38), the ring-shaped groove (44) surrounding the cylindrical front cavity (14) and having an inner radial surface; A radial boundary is defined by (46) and the outer radial surface (48);
A second seal ring (50) provided in the ring groove (44) is further provided, the second seal ring (50) engaging the outer radial surface (48) and the inner diameter. Radially spaced from the directional surface (46) to radially seal the inner ring channel (52) in the ring groove (44) to the outside,
A connection channel (54) connecting the inner ring channel (52) to a leak test port (56) in the first flange (10) according to any one of claims 4-7. Sealed flange joint.
前記第2フランジ(16)は、前記第2軸方向突出する(40)を形成する位置決めキャビティを備え、前記位置決めキャビティは、前記軸方向に突出する位置決めヘッドを受け、これを径方向に位置決めするようになっている、請求項5〜8のうちのいずれか1項に記載のシールされたフランジジョイント。 The first flange (10) comprises an axially projecting positioning head that forms the first axial abutment surface (38);
The second flange (16) comprises a positioning cavity forming the second axially projecting (40), the positioning cavity receiving a positioning head projecting in the axial direction and positioning it radially. 9. A sealed flange joint according to any one of claims 5 to 8, which is adapted.
前記径方向外側表面(32)は、中空中心円筒形表面(64)を備え、
前記径方向内側表面(34)は、中心切頭円錐形表面(64)を備える、請求項1〜13のうちのいずれか1項に記載のシールされたフランジジョイントのためのシールリング。 Having a radially inner surface (34) and a radially outer surface (32);
Said radially outer surface (32) comprises a hollow central cylindrical surface (64);
A seal ring for a sealed flange joint according to any one of the preceding claims, wherein the radially inner surface (34) comprises a central frustoconical surface (64).
前記中心切頭円錐形表面(64)の直径が最大となっている端部までの第1円筒形表面(66)と、
前記中心切頭円錐形表面(64)の直径が最小となっている端部までの第2円筒形表面(68)とを備え、
圧縮されていない状態では前記第1円筒形表面(66)の領域内の前記シールリングの幅は、前記第2円筒形表面(68)の領域内の前記シールリングの幅の約1.4〜2.2倍となっている、請求項14に記載のシールリング。 The radially inner surface (34) further includes
A first cylindrical surface (66) to the end where the diameter of said central frustoconical surface (64) is maximum;
A second cylindrical surface (68) to the end where the diameter of said central frustoconical surface (64) is minimal;
In the uncompressed state, the width of the seal ring in the region of the first cylindrical surface (66) is about 1.4 to about the width of the seal ring in the region of the second cylindrical surface (68). The seal ring according to claim 14, wherein the seal ring is 2.2 times.
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